硫酸と水の関係は？
硫酸を調製する1つの方法は、三酸化硫黄（SO 3 ）の分子を水（H 2 O）の分子で水和することです。 反応は、SO 3 + H 2 O→H 2 SO 4です。 明らかに、硫酸は水と密接な関係があります。 さらに、水に完全に溶解します。 濃硫酸と水を組み合わせると、反応が激しくなる可能性があるため、潜在的に危険です。 これは、1つまたは2つのメカニズムだけでなく、2つの物質が相互作用するためです。
純粋な硫酸は極性だけではありません。 それは、実際には、「自動プロトリシス」として知られているプロセスであるプロトン移動によってそれ自体をイオン化できます。 このイオン化反応は2 H 2 SO 4 →[H 3 SO 4 ] + [HSO 4 ] -と表記されます。 この現象により、硫酸と水が水素結合を形成しやすくなります。 そうすることで、熱の形のエネルギーが周囲のシステムに入ります。
水素、窒素、酸素、フッ素原子が利用可能な場合はいつでも、「水素結合」と呼ばれる弱い結合が形成される場合があります。 硫酸の場合、1つまたは2つの水素イオンが酸を離れて、近くの水の分子と結合する可能性があります。 このような正に帯電した「ヒドロニウム」イオン（H 3 O + ）は、水分子の酸素原子が水素イオンが引き寄せられる電子豊富な環境を提供するため、容易に形成されます。 ヒドロニウムイオンのジオメトリは、水分子よりも対称的です。 これにより、均一な電荷分布が可能になり、硫酸と水が結合したときにシステムにエネルギーが放出されます。
対称性に助けられたさらに別のエネルギー放出は、二重荷電硫酸アニオン（SO 4 -2 ）の形成です。 2つの自由電子は、4つの酸素原子のいずれかに滞留します。 同様に、電荷は互いに反発するため、イオンの外側の領域に逃げることができれば、システムにエネルギーを放出します。 反対に電荷のようにエネルギーを集めると、このアクションがエネルギーを放出することは明らかです。 硫酸と水の高い誘電率は、それらが組み合わされたときに高度な電荷遮蔽を可能にします。 さらに内側の水素結合層を囲む水の追加の層によって可能になったこのさらなる安定化を追加します。
上記の理由により、濃硫酸と水を組み合わせる際には注意が必要です。 酸は、逆方向ではなく、攪拌されている水に徐々に加えられるべきです。 これにより、過度の熱放出が防止され、皮膚または目への酸の激しい放出による突然の沸騰が引き起こされます。 硫酸と水の組み合わせは、肥料の製造、鉄鋼の生産、クラフトパルプの漂白、および自動車のバッテリーに適用されます。